Vakuum-Pick-and-Place-System

Vakuum-Pick-and-Place-Anwendungen nutzen Vakuumwerkzeuge für das automatisierte Heben und Freigeben von Werkstücken. Diese Pick-and-Place-Werkzeuge sind in modernen Fertigungsanwendungen für die automatische Materialhandhabung weit verbreitet. Vakuumsysteme machen solche Anwendungen effizient und kostengünstig, und dieser Artikel behandelt die verschiedenen Komponenten, die in diese Systeme einfließen. Vakuumsysteme werden in den folgenden Arten von Pick-and-Place-Anwendungen eingesetzt:

• Automatische Montage von Teilen in der Herstellung elektronischer Geräte
• Heben und Stapeln von einer oder mehreren Kisten in Lagern
• Aufnehmen der fehlerhaften Artikel vom Förderband
• Verpackung von Lebensmitteln in Lebensmittelverarbeitungsanlagen
• Heben von Glasscheiben oder Bodenfliesen
• Heben von Blech, spritzgegossenen Teilen in der Automobilherstellung

Vakuum-Pick-and-Place-System

Abbildung 2 zeigt die Komponenten eines Vakuum-Pick-and-Place-Systems.

Drucklufteintrittspunkt (A)

Die Druckluft tritt in das System ein und dient als Energiequelle zur Erzeugung von Vakuum.

Regelventil (B)

Ventile helfen bei der Überwachung des Vakuumpegels und sorgen für den ordnungsgemäßen Fluss der Druckluft in das System. Das Druckluftregelventil leitet den Fluss der Druckluft in das System und verhindert jeglichen Rückfluss.

Vakuumsaugdüse (C)

Vakuumsaugdüsen in Pick-and-Place-Systemen nutzen Druckluft, um ein Vakuum zu erzeugen, wodurch Saugnäpfe sicher an Objekten haften können. Diese Generatoren können entweder einstufig oder mehrstufig sein, wobei mehrstufige Generatoren höhere Saugleistungen für einen effizienten Betrieb bieten. Für eine optimale Leistung in Pick-and-Place-Anwendungen ist es entscheidend, die erforderliche Saugkraft und Reaktionszeit zu bestimmen. In der Regel bedeutet die Sicherstellung eines festen Griffs die Auswahl eines Generators, der das notwendige Vakuumniveau aufrechterhalten kann, wobei Faktoren wie die Länge der Vakuumleitung berücksichtigt werden müssen, da diese die Reaktionszeit beeinflussen kann. Durch das Verständnis dieser Spezifika kann man die am besten geeignete Vakuumsaugdüse auswählen, um sicherzustellen, dass das System die gewünschten Objekte präzise und schnell handhabt.

Rückschlagventil (D)

Das Rückschlagventil (Checkventil) verhindert, dass das Vakuum durch Rückfluss von Luft Druck verliert, und stellt sicher, dass das Vakuum während des Betriebs stabil bleibt. Es wird typischerweise nach der Vakuumsaugdüse installiert.

Externer Vakuumschalter (E)

Ein zusätzliches Steuerungsmechanismus, der verwendet werden kann, um das Vakuum extern zu aktivieren oder zu deaktivieren, bietet Flexibilität in der Bedienung des Systems. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung des Pick-and-Place-Prozesses und erlaubt es dem System, sich an verschiedene Aufgaben oder Materialien anzupassen, ohne dass manuelle Anpassungen erforderlich sind.

Druckluft-Steuerventil (F)

In einem Vakuum-Pick-and-Place-System beginnt der Betrieb mit der Erzeugung eines Vakuums, um die Saugnäpfe am Werkstück zu befestigen. Dies wird durch die Verwendung eines pneumatischen Magnetventils erreicht, um die Hauptluftzufuhr oder die Aktuatoren im Druckluftsystem zu steuern. Wenn diese Ventile geöffnet werden, wird die Luft aus dem Raum zwischen dem Ventil und dem Saugnapf evakuiert, wodurch das notwendige Vakuum entsteht, damit der Saugnapf sicher am Objekt haftet. Sobald das Objekt freigegeben werden muss, kommt das Druckluft-Steuerventil ins Spiel. Es lässt Druckluft ab, um das Vakuum schnell zu brechen, das zwischen dem Saugnapf und dem Objekt entstanden ist. Dieser effiziente Mechanismus ermöglicht es den Saugnäpfen, die aufgenommenen Objekte ohne Verzögerung freizugeben, was einen reibungslosen Betrieb im Pick-and-Place-Prozess sicherstellt.

Direktwirkende (Prozess-)Ventile werden typischerweise als Vakuumventile verwendet, da sie keinen Mindestdifferenzdruck erfordern. Extern gesteuerte pneumatische Ventile können ebenfalls verwendet werden. Die Strömungsrichtung der Luft sollte bei der Installation dieser Vakuumventile sorgfältig berücksichtigt werden. Da das Ventil eine festgelegte Strömungsrichtung hat, sollte die Druckluft vom Hochdruck- zum Niederdruckanschluss strömen. Das bedeutet, dass der Auslassanschluss des Ventils auf der Vakuumseite der Anwendung angeschlossen werden sollte.

Um mehr über den Einsatz von Ventilen in Vakuumsystemen zu erfahren, lesen Sie unseren Artikel über den Einsatz von Magnetventilen in Vakuumanwendungen und Kugelhähnen in Vakuumsystemen.

Vakuumfilter (G)

Der Vakuumfilter reinigt die in das System eingesaugte Luft und schützt den Vakuumsaugdüse vor Staub und Schmutz, die seine Funktion beeinträchtigen könnten.

Vakuum-Manometer (H)

Ein Vakuum-Manometer wird in Pick-and-Place-Anwendungen verwendet, um die Druckwerte unterhalb des atmosphärischen Niveaus abzulesen. Diese Manometer werden in der Nähe des Einlasses des Saugnapfes und/oder in der Nähe des Auslasses der Druckluftquelle installiert. Die negative Anzeige (im Vergleich zum atmosphärischen Druck) im Manometer zeigt den Vakuumdruck an. In der Regel wird ein Bourdon-Rohr-Manometer für moderate Vakuumdruckmessungen verwendet. Für hohe Vakuummessungen wird ein speziell entwickeltes, hochsensibles Manometer verwendet. Temperatur, Druck und die für die Anwendung erforderliche Genauigkeit sind wichtige Faktoren bei der Auswahl eines Manometers. Für ein Vakuummanometer wird eine Abweichung von ± 0,025 bar bevorzugt.

Vakuum-Saugnäpfe (I)

Dies sind die Endeffektoren, die physisch mit den zu bewegenden Objekten in Kontakt treten und sie festhalten. Sie haften an Oberflächen durch den Vakuumdruck. Ein Vakuum-Saugnapf ist eine Komponente, die in einer Pick-and-Place-Anwendung direkt mit dem Werkstück in Kontakt kommt. Der Vakuumsaugdüse entfernt die Luft zwischen der Oberfläche des Saugnapfes und dem Werkstück und erzeugt ein Vakuum. Der atmosphärische Druck wird größer als der Druck zwischen dem Saugnapf und dem Werkstück, wodurch der Vakuum-Saugnapf am Werkstück haftet. Im Allgemeinen wird die durch den Vakuumsauger ausgeübte Kraft wie folgt berechnet:

F = PA

Wobei,

• F = Haltekraft,
• ∆P = Differenz zwischen atmosphärischem Druck und Druck im Saugnapf
• A = effektive Saugfläche

Die Ausrichtung der Last und die Art des Saugnapfes, der das Werkstück hält, beeinflussen ebenfalls die Kraft. Häufig verwendete Vakuum-Saugnapftypen sind flache Vakuum-, ovale Vakuum- und Balg-Vakuum-Saugnäpfe. Der erforderliche Sicherheitsfaktor und der Reibungskoeffizient müssen ebenfalls bekannt sein, um die benötigte Hubkraft zu berechnen.

Interner Vakuumschalter (J)

Ähnlich wie der externe Vakuumschalter steuert ein interner Vakuumschalter das Vakuum von innerhalb des Systems und bietet eine integrierte Methode zur Verwaltung des Vakuumbetriebs.

Zusätzliche Komponenten

Schläuche

Pneumatische Schläuche sind erforderlich, um Druckluft für die Pick-and-Place-Anwendung zu transportieren. Diese Schläuche müssen hohem Druck standhalten können, um mit Druckluft ohne Leckage zu arbeiten. Es wird empfohlen, keine dünnen Schläuche zu verwenden, da sie selbst bei mäßiger Hitze unter Vakuum zusammenfallen können. Die Schläuche müssen so dimensioniert sein, dass sie den Durchflussanforderungen und der Größe der Saugnäpfe entsprechen.

Fittings

Vakuumwerkzeuge werden in der Regel mit festen oder abnehmbaren Fittings geliefert, um sie an eine Druckluftleitung anzuschließen. Richtig installierte Fittings verhindern Leckagen und gewährleisten einen ordnungsgemäßen Durchflussweg für die Druckluft. Diese Fittings sollten in der Lage sein, leichte Werkstücke zu handhaben, ohne dass es zu Biegespannungen im Saugnapf kommt. Push-In-Pneumatikfittings und andere pneumatische Kupplungen (Verteiler, Sicherheitskupplungen usw.) werden häufig verwendet. Berücksichtigen Sie die folgenden Parameter bei der Auswahl eines Fittings:

• Wählen Sie Fittings basierend auf der Größe und dem Typ des Saugnapfs
• Berücksichtigen Sie das zu handhabende Material (porös vs. nicht porös)
• Stellen Sie sicher, dass die Bohrungsgröße des Fittings und der Vakuumleitung richtig dimensioniert sind
• Berücksichtigen Sie die für die Anwendung erforderliche Temperatur und den Druck
• Bevorzugte Materialien für Fittings sind Aluminium und Messing